吴岩 科技日报记者 刘志伟 通讯员 王潇潇
浩瀚宇宙，黑洞犹如秘境，看似“孤单”却并不“孤独”。
黑洞之大，无从想象。它静止或运动，近看无容、远观有形，凭借巨大引力吞噬一切物质，围绕它的每一个话题都是“脑洞大开”，也吸引人类不断求索。
近日，有研究团队提出，超大质量黑洞周边存在类似围绕恒星运转的行星。这类行星是如何形成，是否普遍存在？它们如何被发现，会不会带有生命物质？为探究一二，科技日报记者专访华中科技大学物理学院副院长吴庆文教授。
黑洞也可“孕育”行星
引力无情，黑洞有意。
为进一步回答人类在宇宙中是否唯一的问题，人类不断搜寻系外行星,去年诺贝尔物理学奖三位获奖者中，就有两人因在系外行星研究方面取得突破性进展。
截至目前，我们已发现4000多个系外行星。
“系外行星是当前天文学研究中最热点和最前沿研究领域之一，主要在类似太阳这样的恒星周围寻找。”吴庆文说，寻找更多系外行星，有利于理解太阳系形成、地球演化史及生命起源。
一石激起千层浪。近日，日本研究团队认为银河系中心黑洞周围也可能存在大量行星，新观点顿时“引爆”学界。
吴庆文介绍，用超高分辨率的亚毫米波阵列望远镜，观察类似早期“太阳系”的恒星变化，揭示了一些年轻恒星周围行星形成过程的细节。首先是气体和尘埃在自引力作用下塌缩形成恒星，随着时间推移，恒星周围的盘状气体、尘埃等会逐渐聚集形成更大团块，并进一步凝聚逐渐形成行星。
去年以来，日本天文学家提出，气体和尘埃并非年轻恒星“定制”，在星系中心黑洞周围也存在大量气体和尘埃，其物质可以比原恒星盘多数十亿倍，像银河系中心黑洞这样黯淡、寒冷的超大质量黑洞或许也是孕育行星的理想场所。
冰的形成以及更多气体和尘埃等凝结，是形成行星的关键条件。吴庆文说，黑洞周围气体盘中，离黑洞越近气体温度越高，而在一定距离之外温度可以足够低，能够让一些水变成冰。计算发现，对于银河系中心这种400万个太阳质量的超大质量黑洞来说，离黑洞大约10光年区域，足以让尘埃和水等气体凝结，并形成几个到几千地球质量的行星，这类行星被称为“黑洞行星”。
存在不易，黑洞行星的形成条件已决定它不会被黑洞吞噬。黑洞具备的强大引力，在“视界”范围之内连光都难以逃脱，即便在稍远一点的地方，黑洞周围强大的潮汐力也可能将恒星天体撕碎。这些听上去非常恐怖，但随着距离进一步增大，黑洞引力将会迅速减小，在一定距离以外（约几万引力半径），炙热气体运动几乎不再受黑洞引力控制。
遥远的距离，正是黑洞行星形成壮大的“温室”。
科学“捕捉”黑洞行星
存在即是合理，人类“捕捉”黑洞行星的步伐已经迈出。
吴庆文说，宇宙存在千亿个星系，每个星系又存在千亿颗恒星，因此，类地行星必然存在，黑洞行星或许也应该普遍存在。因距离遥远，人类对银河系中心超大质量黑洞周围的行星，直接探测还存在巨大困难，或许应该思考一种超越当前寻找行星方法的手段。
此前，日本鹿儿岛大学天体物理学教授惠田敬一认为，现代天体物理学发展显现出一种倾向，即向不习惯的、出乎意料的、甚至仿佛是不可能的东西发展。
“人类作为生活在行星上的智慧物质，一直对围绕其他恒星绕转的行星有着浓厚兴趣。”吴庆文介绍，宇宙存在活动星系核、低光度星系核和X射线双星等不同的黑洞系统，根据惠田敬一团队研究模型，生命周期较短、光度相对较低的活动星系核周围一般会出现黑洞行星。
一般而言，对于常见的围绕恒星运转的行星系统，形成恒星后，尘埃和气体会在新生恒星周围原行星盘中冷却，尘埃会凝结聚集成更大的颗粒，在碰撞和压缩中形成类似于小行星物体——星子，星子之间相互碰撞形成更大尺寸的行星胚胎，最终经过不同的物理过程形成不同的行星，或类似木星的气体巨行星，或类似地球的岩石行星。
吴庆文说，超大质量黑洞一般位于星系中心，通过吸积物质向星系提供能量，吸积是一种致密中心天体通过引力作用捕获周围介质的高效率过程，被吸积的物质由于带有初始角动量而围绕中心黑洞旋转形成吸积盘。除吸积盘外，黑洞周围还存在着多个物质漩涡，这些漩涡与原行星盘十分相似，以此为基础考虑黑洞周围是否存在行星，十分合理。
惠田敬一团队根据模型计算结果显示，最可能形成的黑洞行星质量约是地球的几十到几百倍，甚至有可能达到行星质量上限。在默认两种行星平均内部密度相似条件下，黑洞行星半径最大可达到地球半径的十倍。
“光景”欠佳，生命未可期
“生命起源是一个重大科学问题，黑洞周围行星是否存在生命值得研究。”吴庆文表示，生命伟大也很脆弱，环境适宜安全对孕育生命起到至关重要的作用。
吴庆文指出，虽然星系中心超大质量黑洞周围可以形成行星，需要注意的是，这类行星和恒星周围的行星有较大差异。
类似地球这种行星围绕太阳这样的恒星运转，可以获得阳光滋润，黑洞行星未必具有这个条件。不排除黑洞周围可以形成类似太阳系的恒星和行星系统，然而，黑洞行星彼此之间、与黑洞之间的距离，比地球到其他行星和太阳的距离大很多，对于形单影只的黑洞行星而言，不一定有地球的好运气。
目前，银河系中心黑洞辐射主要是在X射线波段，而太阳辐射主要是在光学波段，意味着黑洞行星无法获得较好的日照。此外，超大质量黑洞周围存在很多高能活动现象，这些高能X射线辐射或紫外辐射可以将行星表面的大气电离并吹走，火星表面大气极其稀薄，正是因为其大气几乎都被太阳风剥离。
吴庆文说，生命存在需要特定条件，比如合适的温度、水等。行星形成后，需根据距离辐射等估算行星表面温度，判断具有是否存在生命的条件，如果黑洞行星是孤立的，上述条件很难具备，此外，考虑黑洞周围X射线爆发、黑洞潮汐瓦解事件、中心区域超新星爆发等高能事件，生命存在十分困难。
通常在搜寻地位生命过程中，一般会提到“宜居带”及在恒星周围合适距离内，水是否可以以液态方式存在，这样才可能容易孕育生命。需要指出的是，在黑洞行星中，除满足液态水存在条件外，还必须考虑更多因素。
如果在星系中心区域恒星等物质相对密集，很容易遭受一些灾难性事件影响，星系中心黑洞活动产生大量的高能射线、部分近距离的恒星被中心超大质量黑洞瓦解等，这些高能天文事件可能每几千年就会出现，这将给黑洞周围行星生命带来毁灭性结局。
吴庆文说，目前，关于黑洞行星的一切均是初步探究与计算，或许在不久的未来，黑洞这一现代天文学“魔主”的神秘面纱终将被揭开。
“成功的可能性难以预料，如果我们永远不去探索，可能性就是0”，探索星际本应如此，尽管，人类还无从得知黑洞行星上是否有可能存在生命。
